CN110526394A - 一种小通量供气循环搅拌的厌氧反应方法及反应器 - Google Patents
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Abstract
一种小通量供气循环搅拌的厌氧反应方法，包括如下步骤：污泥颗粒加入到厌氧反应器内部；将污水由进水口通入厌氧反应器内，污水与污泥颗粒混合发生厌氧反应，产生的沼气通过三相分离器分离后部分通过沼气罐收集，另一部分通过压缩机增压后通入气提管和曝气装置内，泥水混合物顺水流方向进入气提管内，并有顶部出口喷出，做圆周运动呈漩涡状回流至底部，与进水混合后在曝气装置的作用下循环发生厌氧反应。本发明在提高泥水混合效果的前提下也不会破坏污泥絮凝体，且传质效率更高，反应速率高，污水COD去除率达到90%以上，本发明装置结构简单，建设成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种厌氧反应方法及所用反应器，属于水处理技术领域。
背景技术
厌氧生物处理技术作为处理废水的重要手段，可去除水中高浓度有机污染物。厌氧生物处理技术的去除负荷高、操作易控、运行成本低和占地面积少等特点，使其在环境领域得到了成功应用。厌氧反应器是厌氧生物处理技术的核心载体，是维持各类厌氧和兼氧微生物活动的重要场所。迄今，已经研发了多种厌氧反应器。
影响厌氧反应效率的主要因素包括泥水混合效果和污泥性状。泥水混合效果越好，微生物与污水的接触面积越大，生物处理效能就越高；污泥性状主要是指污泥絮凝体和颗粒化，大量繁殖的细菌微生物与污水中已有的有机、无机悬浮物聚集形成絮凝体，絮凝体紧密形成，其吸附能力增强，提高去除有机污染物的效果。提高泥水混合效果的手段主要是搅拌，现有的搅拌方式一般采用带有螺旋桨的电动搅拌器，此方式可以使泥水迅速混合，但是螺旋桨地快速运转导致厌氧罐中易出现气穴现象，这样会干扰絮凝物的形成过程，即使泥水混合均匀，污泥结构却遭到破坏，且搅拌装置的搅拌扰动效果越好，对细菌共生的絮凝物破坏越大，对于厌氧效果也就不可避免地产生影响。因此，现在一些厌氧发生器采用产气进行竖向的泥水混合与内循环，这样避免了对污泥性状的破坏，但由于单纯的竖向流化无法兼顾水平向的泥水混合，依旧会造成泥水混合不均，为解决此问题，此类厌氧发生器多建造成高塔状，且高径比极大，可达4：1~8：1，故只需竖向流化及循环水动力流化。但建造这样形状的反应器的一大弊端是保温代价太大，同时这样的结构，建造费用也变得高昂，维护成本也相应的增加了。
由此可见，良好的泥水混合与好的污泥絮体形成与颗粒化之间存在一个矛盾点，泥水充分混合需要一个持续稳定的作用力，循环水量越大，对作用力的要求必然越高；然而为了不破坏絮体的形成过程，水流剪切需较小。为使二者达到平衡，需要改进厌氧反应器的搅拌方式。目前，本行业研发一种曝气装置用作反应器内的搅拌器，由微小气泡扰动水体达到混合效果，但是，其气通量过大，未解决污泥性状的问题。
发明内容
本发明为克服现有技术弊端，提供一种小通量供气循环搅拌的厌氧反应方法及反应器，在厌氧反应器内设置管式气提管，利用反应产生的沼气压缩后通入气提管中，泥水混合物在气流作用下进入气提管中，再由气提管出口喷出沿反应器内壁做螺旋流动，在提高泥水混合效果的前提下也不会破坏污泥絮凝体，且传质效率更高，反应速率高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种小通量供气循环搅拌的厌氧反应方法，所述厌氧反应方法包括如下步骤：
a、污泥颗粒由厌氧反应器底部的进水口加入到厌氧反应器内部；
b、将污水由进水口通入厌氧反应器内，污水与污泥颗粒混合发生厌氧反应，反应产生的气体通过厌氧反应器顶部的三相分离器分离，分离的气体部分进入沼气罐收集，另一部分气体增压后分别通入厌氧反应器底部中心位置的曝气装置内和设置在厌氧反应器一侧的气提管内；
c、气提过程：不断向厌氧反应器内通入污水，产生的气体持续通入曝气装置和气提管内，在曝气装置的作用下，污水与污泥颗粒充分混合反应，产生的泥水混合物在水流方向进入气提管内，并通过气提管底部的气体分布器由下至上被提升，泥水混合物在气提管顶部出口处水平喷出；
d、内循环厌氧过程：由气提管喷出的部分泥水混合物沿厌氧反应器内壁做圆周向心运动并呈漩涡状向下流动，再次回到厌氧反应器底部与污水进水混合，再次与污泥发生厌氧反应，产生的泥水混合物沿水流方向再次进入气提管内，形成内循环厌氧反应；另一部分泥水混合物通过三相分离器分离后由出水口排出；
e、循环通气：内循环厌氧反应持续进行，经三相分离器分离出的气体部分通入沼气池收集，另一部分分别通入曝气装置和气提管内，循环持续通气。
上述小通量供气循环搅拌的厌氧反应方法，所述压缩机压缩气体通过气体分布器通入气提管内的通气量≤2m3/（m·h）。足够的通气量保证泥水混合物由气提管底部提升至顶部，并水平喷出沿厌氧反应器侧壁做螺旋运动。
一种小通量供气循环搅拌的厌氧反应器，所述厌氧反应装置包括厌氧反应器、进水口、三相分离器、压缩机、曝气装置、气提管、气体分布器及出水口，所述进水口和出水口分别设置在所述厌氧反应器底部和顶部的一侧，所述气提管设置有若干个，设置在厌氧反应器内部、远离进水口的一侧，所述气体分布器单独设置在每个所述气提管进口处，喷气口垂直向上朝向气提管内，所述气体分布器与设置在所述厌氧反应器外部的压缩机连接，所述三相分离器设置在所述厌氧反应器内的顶部中间位置，所述三相分离器的排气口与压缩机连接，经过压缩机压缩增压后的气体分别通过管道通入气体分布器和曝气装置内，所述曝气装置设置在厌氧反应器内部的底部中心位置。
上述小通量供气循环搅拌的厌氧反应器，若干个所述气提管沿所述厌氧反应器半径方向并列设置一排，相邻两个气提管之间的安装距离至少为所述气提管直径的一半，距离厌氧反应器中心最近的一个气提管与厌氧反应器中心轴的距离大于厌氧反应器半径的一半。
上述小通量供气循环搅拌的厌氧反应器，所述气提管的进口和出口分别采用弯头，进口弯头与出口弯头朝向相反，出口弯头的出口方向与气提管所沿的厌氧反应器的半径方向垂直。
上述小通量供气循环搅拌的厌氧反应器，所述气提管进口与出口分别位于所述厌氧反应器的底部和顶部。
上述小通量供气循环搅拌的厌氧反应器，所述厌氧反应器为竖向设置的圆筒型反应器，其侧壁的底部还设置有污泥排出口。
上述小通量供气循环搅拌的厌氧反应器，所述气体分布器设置为莲蓬头形状，其穿过所述气提管进口弯头底部设置于所述气提管内。
上述小通量供气循环搅拌的厌氧反应器，所述曝气装置为一个或多个曝气盘，单个曝气盘设置在厌氧反应器底部中心位置，若为多个曝气盘组合使用，则多个曝气盘在厌氧反应器底部沿圆周方向布置一圈，总体直径为厌氧反应器半径的1/10-1/8。
上述小通量供气循环搅拌的厌氧反应器，所述曝气装置为曝气软管盘绕而成的曝气圆环。
本发明的有益效果是：①采用额外的气提流化，可以保证竖向及水平向的泥水混合物完全混合，改善了质量传递，提高了污染物质的去除效果，且不需要建造高径比极大的高塔外壳。
②通过气提流化，实现污泥与水体的微混合，为污泥絮体的形成及颗粒化提供了良好环境，运行将更加稳定。
③气提可产生极大的内循环量（只需很小的供气量），自我调节能力强，对于进水波动有很高的缓冲能力。
④厌氧反应器的比表面积较小，保温代价相对较小。
附图说明
下面结合附图对发明作进一步说明。
图1为本发明整体装置结构示意图；
图2为气提部分结构示意图；
图3为气提管在反应器内布置俯视结构示意图。
图中：1、厌氧反应器；2、进水口；3、三相分离器；4、压缩机；5、曝气装置；6、气提管；6-1、进口弯头；6-2、出口弯头；7、气体分布器；8、出水口；9、污泥排出口；10、沼气罐。
具体实施方式
本发明在厌氧反应器内部设置若干个气提管，泥水混合物在气体分布器的作用下，由气提管底部提升至顶部，并喷出沿厌氧反应器内壁做圆周向心运动，然后呈漩涡状向下流动，回到厌氧反应器底部与进水混合，泥水混合物由上至下快速流动，使得污泥中的微生物絮体有充足的时间絮凝沉淀，避免污泥顺水流方向流失；泥水混合物通过气提管喷出之后回流至反应器底部与进水混合，稀释降低进水中污染物的浓度，提高了反应器的抗冲击负荷能力，对含有毒性的高浓度废水具有优良的处理效果，出水COD去除率可达90%以上；气提管设置在远离进水口一端，保证进水在进入气提管之前，与污泥有充分混合反应的时间，降低短流的风险；反应器底部中心位置设置曝气装置，防止污泥在反应器底部沉积，促进污泥与污水发生厌氧反应。
根据污水进水的浓度选择合适规格的厌氧反应器，并在厌氧反应器内沿半径方向安装布置一排气提管，气提管合理的布置可以提升厌氧罐内的可控循环速度，让泥水混合液产生足够的循环，形成致密的细菌絮凝物，为厌氧菌群的颗粒化提供更好的条件，从而提升厌氧效率。
参看图1-图3，本发明厌氧反应装置包括厌氧反应器1、进水口2、三相分离器3、压缩机4、曝气装置5、气提管6、气体分布器7及出水口8，所述进水口和出水口分别设置在所述厌氧反应器底部和顶部的一侧，所述气提管6设置有若干个，设置在厌氧反应器内部、远离进水口的一侧，若干个所述气提管6沿所述厌氧反应器半径方向并列设置一排，相邻两个气提管之间的安装距离至少为所述气提管直径的一半，距离厌氧反应器中心最近的一个气提管与厌氧反应器中心轴的距离大于厌氧反应器半径的一半；若厌氧反应器的体积尺寸较大时，可以根据出水质量沿圆周间隔均匀设置多排气提管，避免单排气提管推流距离不够的问题，为了保证气提管出水口出水不会造成反应器内流态紊乱，气提管适宜安装两排。气提管6的进口和出口分别采用弯头，进口弯头6-1与出口弯头6-2朝向相反，出水弯头6-2方向与气提管所沿的厌氧反应器的半径方向垂直设置，保证泥水混合物喷出后，遇到厌氧反应器内壁后沿内壁做圆周向心运动。
所述气体分布器7设置为莲蓬头形状，其穿过所述气提管6进口弯头底部设置于所述气提管内，喷气口垂直向上朝向气提管内，气体分布器个数与气提管个数相匹配，每个气体分布器单独安装在每个气提管进口弯头6-1底部；所述气体分布器7与设置在所述厌氧反应器1外部的压缩机4连接，所述三相分离器3设置在所述厌氧反应器内的顶部中间位置，所述三相分离器的排气口与压缩机4连接，经过压缩机压缩增压后的气体分别通过管道通入气体分布器和曝气装置内，所述曝气装置设置在厌氧反应器内部的底部中心位置。
厌氧反应器1侧壁的底部还设置有污泥排出口9。所述曝气装置5为一个或多个曝气盘，单个曝气盘设置在厌氧反应器底部中心位置；多个曝气盘组合使用，则多个曝气盘在厌氧反应器底部沿圆周方向布置一圈，总体直径为厌氧反应器半径的1/10-1/8，或者采用曝气软管盘绕而成曝气圆环，保证污水进入气提管内之前与污泥颗粒有充分的反应。
气提管的内径一般设置为DN200~DN500，保证泥水混合物出口弯头的出水速度为0.5~2m/s。气提管的安装个数根据处理水量、循环水量及出水流速设置，例如：处理水量Q=50m³/h，循环量10Q=500m³/h，气提管内径为DN300，要求控制出水流速为0.8m/s=2880m/h，则单个气提推流量为204 m³/h，则至少需要3个DN300的气提管。
具体的厌氧反应过程为：
a、污泥颗粒由厌氧反应器1底部的进水口2加入到厌氧反应器1内部；
b、将污水由进水口2通入厌氧反应器1内，污水与污泥颗粒混合发生厌氧反应，反应产生的气体通过厌氧反应器顶部的三相分离器3分离，分离的气体部分进入沼气罐10收集，另一部分气体通过压缩机4增压后分别通入厌氧反应器底部中心位置的曝气装置5内和设置在厌氧反应器一侧的气提管6内，通过压缩机控制气提管内的通气量；
c、气提过程：不断向厌氧反应器内通入污水，产生的气体持续通入曝气装置和气提管内，在曝气装置5的作用下，污水与污泥颗粒充分混合反应，产生的泥水混合物在水流方向由进口弯头6-1进入气提管6内，并通过气提管底部的气体分布器7由下至上被提升，泥水混合物在气提管顶部由出口弯头6-2水平喷出；
d、内循环厌氧过程：由气提管喷出的部分泥水混合物沿厌氧反应器内壁做圆周向心运动并呈漩涡状向下流动，再次回到厌氧反应器底部与污水进水混合，沉淀在厌氧反应器底部圆心处的污泥在自身厌氧产气和曝气装置的作用下，形成竖向流化，并与污水进水再次充分混合而发生厌氧反应，产生的泥水混合物沿水流方向再次进入气提管内，形成内循环厌氧反应；另一部分泥水混合物通过三相分离器分离后由出水口8排出；
e、循环通气：内循环厌氧反应持续进行，经三相分离器分离出的气体部分通入沼气池收集，另一部分分别通入曝气装置和气提管内，循环持续通气。
应用案例1
一个小型餐厨回收装置，收集一个小区餐厨垃圾和厨余垃圾，每天约8吨，回收装置设置有固体破碎和挤压装置，挤压后的挤压液体需要就地处理，不能直接排放。挤压液COD为40000mg/L，设计本发明厌氧反应器100m3的圆形罐体，罐体直径6m，高4.5m；D100的气提管三组，分布在沿厌氧反应器半径方向，靠近罐体外壳1m，相邻两组气提管之间的距离为0.4m；厌氧反应器中间底部装有曝气圆环，直径为300mm。采用此厌氧反应器进行反应，启动时向厌氧反应器内加入厌氧污泥约20m3，其含水率为80%，运行一个月达到稳定状态，出水COD<2000mg/L，COD去除率高达95%。
应用案例2
一个3万头猪的养猪场，采用水泡粪养殖方法，每天产生粪污共300m3，粪污为稀泥浆状，固含率为0.3%，需要采用本发明厌氧反应器进行有机物降解，并生产沼气发电。设计厌氧反应器罐体4座，每座直径为8m，高为5m，采用半地下水泥圆形罐体结构，每个罐体内设置D400的中心曝气盘、D200的气提管3组，顶部设有沼气气囊，配备有压缩机。每天产生沼气配备发电机，可以满足猪场用电。厌氧反应器出水COD<1000 mg/L，进入下游污水厂进行再处理。
Claims (10)
1.一种小通量供气循环搅拌的厌氧反应方法，其特征在于：所述厌氧反应方法包括如下步骤：
a、污泥颗粒由厌氧反应器（1）底部的进水口（2）加入到厌氧反应器内部；
b、将污水由进水口通入厌氧反应器内，污水与污泥颗粒混合发生厌氧反应，反应产生的气体通过厌氧反应器顶部的三相分离器（3）分离，分离的气体部分进入沼气罐（10）收集，另一部分气体增压后分别通入厌氧反应器底部中心位置的曝气装置（5）内和设置在厌氧反应器一侧的气提管（6）内；
c、气提过程：不断向厌氧反应器内通入污水，产生的气体持续通入曝气装置和气提管内，在曝气装置的作用下，污水与污泥颗粒充分混合反应，产生的泥水混合物在水流方向进入气提管内，并通过气提管底部的气体分布器（7）由下至上被提升，泥水混合物在气提管顶部出口处水平喷出；
d、内循环厌氧过程：由气提管喷出的部分泥水混合物沿厌氧反应器内壁做圆周向心运动并呈漩涡状向下流动，再次回到厌氧反应器底部与污水进水混合，再次与污泥发生厌氧反应，产生的泥水混合物沿水流方向再次进入气提管内，形成内循环厌氧反应；另一部分泥水混合物通过三相分离器分离后由出水口（8）排出；
e、循环通气：内循环厌氧反应持续进行，经三相分离器分离出的气体部分通入沼气池收集，另一部分分别通入曝气装置和气提管内，循环持续通气。
2.根据权利要求1所述的小通量供气循环搅拌的厌氧反应方法，其特征在于：所述压缩机压缩气体通入气提管内的通气量≤2m3/（m·h）。
3.一种用于权利要求1-2任一项所述的小通量供气循环搅拌的厌氧反应器，其特征在于：所述厌氧反应装置包括厌氧反应器（1）、进水口（2）、三相分离器（3）、压缩机（4）、曝气装置（5）、气提管（6）、气体分布器（7）及出水口（8），所述进水口和出水口分别设置在所述厌氧反应器底部和顶部的一侧，所述气提管（6）设置有若干个，设置在厌氧反应器内部、远离进水口的一侧，所述气体分布器（7）单独设置在每个所述气提管进口处，喷气口垂直向上朝向气提管内，所述气体分布器与设置在所述厌氧反应器外部的压缩机连接，所述三相分离器（3）设置在所述厌氧反应器内的顶部中间位置，所述三相分离器的排气口与压缩机连接，经过压缩机压缩增压后的气体分别通过管道通入气体分布器和曝气装置内，所述曝气装置设置在厌氧反应器内部的底部中心位置。
4.根据权利要求3所述的小通量供气循环搅拌的厌氧反应器，其特征在于：若干个所述气提管（6）沿所述厌氧反应器半径方向并列设置一排，相邻两个气提管之间的安装距离至少为所述气提管直径的一半，距离厌氧反应器中心最近的一个气提管与厌氧反应器中心轴的距离大于厌氧反应器半径的一半。
5.根据权利要求4所述的小通量供气循环搅拌的厌氧反应器，其特征在于：所述气提管（6）的进口和出口分别采用弯头，进口弯头（6-1）与出口弯头（6-2）朝向相反，出水弯头（6-2）方向与气提管所沿的厌氧反应器的半径方向垂直设置。
6.根据权利要求5所述的小通量供气循环搅拌的厌氧反应器，其特征在于：所述气提管（6）进口与出口分别位于所述厌氧反应器（1）的底部和顶部。
7.根据权利要求6所述的小通量供气循环搅拌的厌氧反应器，其特征在于：所述厌氧反应器（1）为竖向设置的圆筒型反应器，其侧壁的底部还设置有污泥排出口（9）。
8.根据权利要求7所述的小通量供气循环搅拌的厌氧反应器，其特征在于：所述气体分布器（7）设置为莲蓬头形状，其穿过所述气提管（6）进口弯头底部设置于所述气提管内。
9.根据权利要求8所述的小通量供气循环搅拌的厌氧反应器，其特征在于：所述曝气装置（5）为一个或多个曝气盘，单个曝气盘设置在厌氧反应器底部中心位置；多个曝气盘组合使用，则多个曝气盘在厌氧反应器底部沿圆周方向布置一圈，总体直径为厌氧反应器半径的1/10-1/8。
10.根据权利要求8所述的小通量供气循环搅拌的厌氧反应器，其特征在于：所述曝气装置（5）为曝气软管盘绕而成的曝气圆环。
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